JP2005184564A - アンテナ装置、無線装置および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 互いに直交する偏波を送受信するように配置された複数のアンテナを備えるアンテナ装置において、複数本のアンテナを近接して配置することができ、且つ、アンテナ間の干渉による特性の劣化を抑制することができるようにする。
【解決手段】 アンテナ装置2は、セパレータ23と、このセパレータ23の両側に形成された固体電解質層24a,24bと、固体電解質層24a,24b上にそれぞれ形成された、導電性高分子からなる線状アンテナ22a,22bとを備える。アンテナパターン22a,22bの間に直流電圧を印可すると、アンテナパターン22a,22bのうち一方にイオンをドーピングし、他方からイオンを脱ドーピングすることができる。すなわち、アンテナパターン22a,22bのうち一方を導電体にし、他方を絶縁体にすることができる。
【選択図】 図5

Description

この発明は、複数のアンテナを備えたアンテナ装置、無線装置および電子機器に関する。
近年、無線通信機能は、パーソナルコンピュータ等の情報処理機器や、携帯電話機およびPDA(Personal Digital Assistance)等の通信端末機器ばかりでなく、オーディオ機器、ビデオ機器、カメラ機器、プリンタおよびエンタテイメントロボット等、各種の民生用電子機器にも搭載されている。更に、無線通信機能は、無線LAN(Local Area Network)用のアクセスポイント、小型のアクセサリカードなどにも搭載されるようになっている。アクセサリカードは、ストレージ機能と無線通信機能とを備えた無線カードモジュールであり、この無線カードモジュールとして、例えば、PCMCIA仕様(Personal Computer Memory Card International Association)カード、コンパクトフラッシュカード(登録商標)、ミニPCI(Peripheral Component Interconnection)カード等が知られている。
この様に無線通信機能が様々な機器に搭載されるのに伴って、電波を送受信するアンテナに関しても、様々な形態・特性を有するものが要求されるようになっている。この要求の一つとして、放射する偏波の切替えに対応する、ということが挙げられる。
無線機器の実使用環境においては、建物や物体により電波が反射等されるため、電波は様々な偏波面で伝搬される。そこで、データ伝送速度およびスループットとして最も良好な値が得られるように、アンテナの偏波を切り替えて送受信する、いわゆる偏波ダイバーシチが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図13は、2本のダイポールアンテナを用いる偏波ダイバーシチ無線装置を模式的に示す平面図である。基板101a,101bにはそれぞれ、ダイポールアンテナ102a,102bが設けられている。これらの基板101a,101bは、ダイポールアンテナ102a,102bが互いに直交するように機器内に設置されている。ダイポールアンテナ102aが、平衡不平衡変換器(balun)103aを介してスイッチ104の端子104cに接続される。ダイポールアンテナ102bが、平衡不平衡変換器(balun)103bを介してスイッチ104の端子104bに接続される。スイッチ104の端子104aに対して高周波が供給される。
図14は、2本のツェップアンテナを用いた偏波ダイバーシチ無線装置を模式的に示す平面図である。基板111a,111bにはそれぞれ、ツェップアンテナ112a,112bが設けられている。これらの基板111a,111bは、ツェップアンテナ112a,112bが互いに直交するように機器内に設置されている。ツェップアンテナ112aが、スイッチ113の端子113cに接続される。ダイポールアンテナ112bが、スイッチ113の端子113bに接続される。スイッチ113の端子113aに対して高周波が供給される。
図15は、2本のモノポールアンテナを用いた偏波ダイバーシチ無線装置を模式的に示す平面図である。基板121a,121bにはそれぞれ、モノポールアンテナ122a,122b、地板123a,123bが設けられている。これらの基板121a,121bは、モノポールアンテナ122a,122bが互いに直交するように機器内に設置されている。モノポールアンテナ122aは、スイッチ124の端子124cに接続される。モノポールアンテナ122bが、スイッチ124の端子124bに接続される。地板123a,123bが接地される。スイッチ124の端子124aに対して高周波が供給される。
図13〜15に示す偏波ダイバーシチ無線装置では、一方のアンテナの受信レベルが落ち込んでいる場合には、スイッチ104,113,124を切り替えて、他方のアンテナを選択することにより、受信信号の品質の劣化を回避することができる。
上述したように、様々な偏波での伝搬に対応する理想的な方法は、いろいろな偏波方向に対応した複数のアンテナを1つの機器に搭載することである。しかしながら、その方法では、複数のアンテナを直交して設ける必要があるため、アンテナの占有領域が大きくなり、その結果として、機器の大型化を招いてしまう。そこで、できるだけ占有領域を小さくしようとして、それぞれのアンテナを近接して設けると、アンテナがお互いに干渉しあって放射パターンを乱してしまう。
そこで、上述の問題を解決すべく、直線偏波のアンテナを直交して設けるのでなく、円偏波のマイクロストリップアンテナを使用することが考えられている。この方法では、一つのアンテナで偏波を変えた放射を行うことができる。ところが、一般にマイクロストリップアンテナの周波数帯域は狭いという問題がある。例えば、ダイポールアンテナの帯域が10%程度であるのに対して、マイクロストリップアンテナの帯域は数%以下である。そこで、無給電素子を追加することによって周波数帯域を広げるという方法が考えられているが、この方法では、素子を追加した分、機器の大型化を招いてしまう、という問題がある。
特開2002−92576号公報
上述したように、複数本のアンテナを用いる偏波ダイバーシチ無線装置では、アンテナを設ける部分の面積を縮小化し、且つ、アンテナ間の干渉による特性の劣化を抑制することは困難であるとされている。このような困難のため、偏波ダイバーシチ無線装置は、無線装置を小型化して無線通信機能を様々なコンスーマ機器に搭載する今日の技術傾向とは相容れないものとなっている。
したがって、この発明の目的は、互いに直交する偏波を送信および/または受信するように設けられた複数のアンテナを備えるアンテナ装置において、複数本のアンテナを近接して設けることができ、且つ、アンテナ間の干渉による特性の劣化を抑制することができるアンテナ装置、このアンテナ装置を備えた無線装置および電子機器を提供することにある。
上記課題を解決するために、第1の発明は、基材と、
互いに直交する偏波を送信および/または受信するように基材上に設けられた複数のアンテナパターンとを備え、
基材が固体電解質からなり、
アンテナパターンが導電性プラスチックからなることを特徴とするアンテナ装置である。
第1の発明では、基材は、典型的には、平板状の形状を有する基板であり、複数のアンテナが、基板の両主面に設けられている。複数のアンテナが、典型的には、基板を挟んで重なるように設けられている。
第1の発明では、アンテナパターンが、典型的には、線状アンテナである。この線状アンテナが、典型的には、ツェップアンテナである。また、第1の発明において、複数のアンテナパターンが、典型的には、線状アンテナおよびスロットアンテナである。この線状アンテナが、典型的には、ツェップアンテナである。線状アンテナが、典型的には、スロットアンテナのスロット内に設けられている。また、第1の発明において、複数のアンテナパターンが、典型的には、2つの線状アンテナと1つのスロットアンテナとである。
第1の発明によれば、互いに直交する偏波を送信および/または受信するように、導電性プラスチックからなる複数のアンテナパターンが固体電解質上に設けられているため、複数のアンテナパターンの間に直流電圧を印加することにより、一方の電位の側にあるアンテナパターンに基材からイオンをドーピングし、他方の電位の側にあるアンテナパターンから基材にイオンを脱ドーピングすることができる。すなわち、アンテナパターン間の電位差を利用して、一方の電位の側にあるアンテナパターンを導電体にし、他方の電位の側にあるアンテナパターンを絶縁体にすることができる。
第2の発明は、機器本体に接続することにより、機器本体に無線機能を付加する無線装置において、
基材と、
互いに直交する偏波を送信および/または受信するように上記基材上に設けられた複数のアンテナパターンと、
上記複数のアンテナパターンの間に直流電圧を印加する際に、直流電圧の一方の電位となるアンテナパターンと、他方の電位となるアンテナパターンとを選択するスイッチと
を備え、
上記アンテナパターンが導電性プラスチックからなり、
上記基材が固体電解質からなることを特徴とすることを特徴とする無線装置である。
第2の発明では、基材は、典型的には、平板状の形状を有する基板であり、複数のアンテナが、基板の両主面に設けられている。複数のアンテナが、典型的には、基板を挟んで重なるように設けられている。
第2の発明では、アンテナパターンが、典型的には、線状アンテナである。この線状アンテナが、典型的には、ツェップアンテナである。また、第1の発明において、複数のアンテナパターンが、典型的には、線状アンテナおよびスロットアンテナである。この線状アンテナが、典型的には、ツェップアンテナである。線状アンテナが、典型的には、スロットアンテナのスロット内に設けられている。また、第1の発明において、複数のアンテナパターンが、典型的には、2つの線状アンテナと1つのスロットアンテナとである。
第2の発明によれば、互いに直交する偏波を送信および/または受信するように、導電性プラスチックからなる複数のアンテナパターンが固体電解質上に設けられているため、複数のアンテナパターンの間に直流電圧を印加することにより、一方の電位の側にあるアンテナパターンに基材からイオンをドーピングし、他方の電位の側にあるアンテナパターンから基材にイオンを脱ドーピングすることができる。すなわち、アンテナパターン間の電位差を利用して、一方の電位の側にあるアンテナパターンを導電体にし、他方の電位の側にあるアンテナパターンを絶縁体にすることができる。
第3の発明は、情報を送受信するための無線通信機能を有する電子機器において、
基材と、
互いに直交する偏波を送信および/または受信するように上記基材上に設けられた複数のアンテナパターンと
上記複数のアンテナパターンの間に直流電圧を印加するための電圧源と、
上記複数のアンテナパターンの間に直流電圧を印加する際に、直流電圧の一方の電位となるアンテナパターンと、他方の電位となるアンテナパターンとを選択するスイッチと
を備え、
上記アンテナパターンが導電性プラスチックからなり、
上記基材が固体電解質からなることを特徴とすることを特徴とする電子機器である。
第3の発明では、基材は、典型的には、平板状の形状を有する基板であり、複数のアンテナが、基板の両主面に設けられている。複数のアンテナが、典型的には、基板を挟んで重なるように設けられている。
第3の発明では、アンテナパターンが、典型的には、線状アンテナである。この線状アンテナが、典型的には、ツェップアンテナである。また、第1の発明において、複数のアンテナパターンが、典型的には、線状アンテナおよびスロットアンテナである。この線状アンテナが、典型的には、ツェップアンテナである。線状アンテナが、典型的には、スロットアンテナのスロット内に設けられている。また、第1の発明において、複数のアンテナパターンが、典型的には、2つの線状アンテナと1つのスロットアンテナとである。
第3の発明によれば、互いに直交する偏波を送信および/または受信するように、導電性プラスチックからなる複数のアンテナパターンが固体電解質上に設けられているため、複数のアンテナパターンの間に直流電圧を印加することにより、一方の電位の側にあるアンテナパターンに基材からイオンをドーピングし、他方の電位の側にあるアンテナパターンから基材にイオンを脱ドーピングすることができる。すなわち、アンテナパターン間の電位差を利用して、一方の電位の側にあるアンテナパターンを導電体にし、他方の電位の側にあるアンテナパターンを絶縁体にすることができる。
以上説明したように、この発明によれば、複数のアンテナパターンの間に直流電圧を印加することにより、一方の電位の側にあるアンテナパターンに基材からイオンをドーピングし、他方の電位の側にあるアンテナパターンから基材にイオンを脱ドーピングすることができる。すなわち、アンテナパターン間の電位差を利用して、一方の電位の側にあるアンテナパターンを導電体にし、他方の電位の側にあるアンテナパターンを絶縁体にすることができる。これにより、互いに直交する偏波を送信および/または受信する複数のアンテナを近接して設け、且つ、アンテナ間の干渉による特性の劣化を抑制することができる。
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
まず、この発明の第1の実施形態について説明する。図1は、この発明の第1の実施形態による無線装置を装着する電子機器の一例を示す。無線装置1は、無線装置本体3と、この無線装置本体3の一端に備えられたアンテナ装置2とからなる。この無線装置1は、例えば、ストレージ機能と無線通信機能とを備えた無線カードモジュールである。この無線カードモジュールとして、例えば、PCMCIA仕様カード、コンパクトフラッシュカード(登録商標)、ミニPCIカードなどが挙げられる。なお、この発明は、偏波ダイバーシチやMIMO(Multi Input Multi Output)伝送を行うアンテナ装置、無線装置および電子機器に適用して好適なものである。
この無線装置1は、パーソナルコンピュータなどの電子機器11に設けられたスロット12に着脱自在の構成を有する。具体的には、図1に示すように、無線装置1は、アンテナ装置2を搭載した無線装置本体3の一端部を外部に突出させるようにしてスロット12に装填される。これにより、電子機器11に所定の拡張機能や無線通信機能が付加される。また、無線装置1はストレージ機能を有しており、電子機器11との間でデータ等の授受も行われる。
図2は、筐体内に備えられた無線装置1の一例を示す斜視図である。図2に示すように、無線装置本体3は、主として、面方向からみると矩形状を有する本体基板31と、この矩形の一方の側に備えられた接続端子32と、中央部に備えられた回路部33とからなる。接続端子32は、例えば、PCMCIA規格準拠のコネクタ部である。この接続端子32を装着側として、無線装置1を電子機器11のスロット12に差し込むことにより、接続端子32と、スロット12の内部に設けた接続端子とが接続されて、電子機器11に無線機能が付加される。回路部33には、例えば、アンテナ制御回路、信号処理回路、ストレージ機能用メモリ素子などが備えられている。
アンテナ装置2は、主として、平板状のアンテナ基板21と、このアンテナ基板21の両主面に設けられた複数の線状アンテナ22とを備える。アンテナ装置2は、接続端子32とは反対側の辺側に備えられている。このアンテナ装置2は略正方形状の形状を有し、この正方形は本体基板31の幅よりも短く、電子機器11のスロット12の開口形状よりもやや大きな寸法とされる。また、アンテナ装置2は、本体基板31と接合するための接合部を有する。
図3Aは、この発明の第1の実施形態によるアンテナ装置2の一主面の一例を示す平面図である。図3Bは、この発明の第1の実施形態によるアンテナ装置2の他主面の一例を示す平面図である。アンテナ装置2の一主面S1には線状アンテナ22aが設けられている。アンテナ装置2の他主面S2には、線状アンテナ22aと直交し、且つ、アンテナ基板21を挟んで重なるようにして線状アンテナ22bが設けられている。これにより、線状アンテナ22aと線状アンテナ22bとの電界の方向(偏波方向)は直交する。また、線状アンテナ22a,22bは同一の形状を有し、そのアンテナ長は、例えば略λ/2である。線状アンテナ22a,22bの一端にはそれぞれ、銅などからなる電極25a,25bが形成され、この電極25a,25bが、回路部33に電気的に接続される。
線状アンテナ22a,22bはそれぞれ、異なる周波数帯域に対応している。この周波数帯域としては、例えば、5GHz帯、2.4GHz帯、ミリ波帯、マイクロ波帯およびUHF(Ultra High Frequency)波帯などが挙げられる。この線状アンテナ22a,22bは、例えばツェップアンテナである。
図4は、アンテナ基板21の一構成例を示す断面図である。図4に示すように、アンテナ基板21は、固体電解質24b上に、セパレータ23、固体電解質24aを順次積層した構成を有する。固体電解質層24a,24b上にはそれぞれ、線状アンテナ22a,22bが設けられる。
線状アンテナ22a,22bは、導電性プラスチックから構成される。導電性プラスチックは、イオンのドーピングにより金属のような導電性を示す樹脂となり、イオンの脱ドーピングにより絶縁性を示す樹脂となるプラスチックである。この導電性プラスチックとしては、従来公知のものを用いることができ、例えば、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアズレンなどが挙げられる。
この線状アンテナ22a,22bの形成方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。溶解された導電性プラスチックを固体電解質層24a,24b上に所望の線状アンテナとなるように塗布して硬化する方法、溶解された導電性プラスチックを所望のアンテナパターンに成形して硬化した後、固体電解質層24a,24b上に設ける方法、電解重合により薄膜状の導電性プラスチックを形成し、所望の形状に切り取る、または打ち抜いて固体電解質層24a,24b上に設ける方法などが挙げられる。
また、線状アンテナ22a,22bを固体電解質層24a,24b上に安定して固定することが好ましい。安定して固定する方法としては、線状アンテナ22a,22bを接着剤により固体電解質層24a,24b上に貼り合わせる方法、線状アンテナ22a,22bをシートで覆う方法、固体電解質層24a,24b上に予め線状アンテナ22a,22bの形状に応じた凹部を形成し、この凹部に線状アンテナ22a,22bを嵌め合わせる方法、線状アンテナ22a,22bの数点を部材などにより固体電解質層24a,24bに固定する方法、またはこれらを組み合わせた方法などが挙げられる。なお、線状アンテナ22a,22bを接着剤により固体電解質層24a,24b上に貼り合わせる場合には、イオンの透過が容易となるように接着剤の厚さを薄くする、または、接着剤により固体電解質24a,24bと線状アンテナ22a,22bとの間におけるイオンの移動が妨げられないように、線状アンテナ22a,22bと固体電解質層24a,24bとを数点で接着することが好ましい。また、部材などにより線状アンテナ22a,22bを固定する場合には、アンテナパターン22a,22bにおいて剥離しやすい部分を固定することが好ましい。また、線状アンテナ22a,22bを覆うシートの材料としては、線状アンテナ22a,22bの電波特性の劣化を招くことがなく、かつ、柔軟性を有する材料を用いることが好ましく、例えばポリカーボネート(PC)、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)、ポリイミドなどが挙げられる。
固体電解質層24a,24bは略正方形状を有する。固体電解質層24a,24bを構成する固体電解質は、導電性プラスチックにドーピングするイオン(ドーパント)を含有している。このイオンは、陽イオンまたは陰イオンである。固体電解質層24a,24bを構成する固体電解質としては、例えば、リチウムイオン電池(リチウムポリマー電池)および燃料電池などの電池において使用されている固体電解質を用いることができる。
具体的には、固体電解質層24a,24bを構成する固体電解質としては、例えば、無機電解質、高分子電解質又は高分子化合物に電解質を混合して溶解させたゲル状電解質を使用することができる。ゲル状電解質は、例えば、リチウム塩を含む可塑剤と2重量%以上〜30重量%以下のマトリクス高分子からなる。このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エステル類などを単独または可塑剤の一成分として用いることができる。
固体電解質に用いる高分子材料としては、例えば、シリコンゲル、アクリルゲル、多糖類高分子ポリマー、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変成ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変成ポリマーなどもしくはフッ素系ポリマーとして、たとえばポリ(ビニリデンフルオロライド)やポリ(ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン)、ポリ(ビニリデンフルオロライド-co-テトラフルオロエチレン)、ポリ(ビニリデンフルオロライド-co-トリフルオロエチレン)などおよびこれらの混合物が各種使用できる。
電解塩としては、例えば、リチウム塩およびナトリウム塩などが挙げられる。リチウム塩としては、例えば、通常の電池電解液に用いられるリチウム塩を使用することができ、例えば以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
たとえば、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、硝酸リチウム、テトラフルオロほう酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、酢酸リチウム、ビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミドリチウム、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC(SO2CF33、LiAlCl4、LiSiF6等を挙げることができる。また、これらリチウム化合物は単独で用いても2以上混合して用いてもよい。
セパレータ23は、固体電解質層24a,24bと同様に略正方形状を有する。このセパレータ23は、固体電解質層24a,24bを分離するためのものであり、例えば、電池において公知のものを用いることができる。具体的には、このセパレータ23としては、例えばポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料からなる多孔質膜、セラミック製の材料の不織物などの無機材料よりなる多孔質膜、または、これら2種以上の多孔質膜を積層した膜が挙げられる。なお、アンテナ基板21の強度を考慮するとセパレータ23を設けることが好ましいが、省略することも可能である。
図5は、この発明の第1の実施形態によるアンテナ装置2を制御するアンテナ装置制御回路の一構成例を示す回路図である。図5に示すように、このアンテナ装置制御回路は、主として、スイッチ素子42,43,44およびバイアス回路46を備える。
平板状の形状を有するアンテナ基板21の一主面S1には線状アンテナ22aが設けられ、他主面S2には線状アンテナ22bが設けられている。一主面S1に設けられた線状アンテナ22aが、電極25aを介してスイッチ素子44の端子44aに接続される。スイッチ素子44の端子44cは接地され、44bはスイッチ素子43の端子43cに接続される。他主面S2に設けられた線状アンテナ22bが、電極25bを介してスイッチ素子42の端子42aに接続される。スイッチ素子42の端子42cは接地され、42bはスイッチ素子43の端子43bに接続される。スイッチ素子43の端子43aはバイアス回路46を介して図示を省略した電圧源に接続される。また、端子43aには高周波回路ブロック41に接続され、高周波信号が供給される。
バイアス回路46は、アンテナ装置2に対して安定して電圧を印加するためのものである。スイッチ素子42,43,44は、線状アンテナ22aおよび22bのうち、どちらをアンテナとして機能させ、電波の送受信を行うかを選択するためのものである。具体的には例えば、このスイッチ素子42,43,44の操作により、線状アンテナ22a,22bのうちどちらを高電位側として、線状アンテナ22a,22b間に直流電圧VDCを印加するかが選択される。また、線状アンテナ22a,22bのうちどちらに高周波を供給するかが選択される。これらのスイッチ素子42,43,44は、例えば電子機器11から供給される制御信号に基づき制御される。なお、スイッチ素子42,43,44を含めた装置全体を小型化することを考慮すると、スイッチ素子42,43,44としては、半導体スイッチ(スイッチIC(Integrated Circuit))、RF−MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スイッチを使用することが好ましい。
次に、この発明の第1の実施形態による無線装置1の動作について説明する。
図6および図7は、この発明の第1の実施形態による無線装置1の動作の一例を説明するための断面図である。以下、図5,6および7を参照しながら無線装置1の動作の一例について説明する。なお、ここでは、線状アンテナ22a,22bにドーピングするイオンが陰イオンである場合を一例として示す。
まず、図5に示すアンテナ装置制御回路において、端子42a,43a,44aをそれぞれ端子42b,43b,44cに接続する。これにより、一主面S1に設けられた線状アンテナ22aが低電位、他主面S2に設けられた線状アンテナ22bが高電位となるように、アンテナ装置2に直流電圧VDCが印加される。
この電圧印加により、図6に示すように、線状アンテナ22aのイオンが固体電解質層24aに移動し、固体電解質層24bのイオンが線状アンテナ22bに移動する。これにより、線状アンテナ22aが絶縁体になるのに対して、線状アンテナ22bが導電体となる。すなわち、イオンがドーピングされた線状アンテナ22bのみがアンテナとして機能することになる。また、他主面S2に設けられた線状アンテナ22bに対して、図示を省略した高周波回路ブロックから高周波が供給される。
次に、図5に示すアンテナ装置制御回路において、端子42a,43a,44aをそれぞれ端子42c,43c,44bに接続する。これにより、一主面S1に設けられた線状アンテナ22aが高電位、他主面S2に設けられた線状アンテナ22bが低電位となるように、アンテナ装置2に直流電圧VDCが印加される。
この電圧印加により、図7に示すように、線状アンテナ22bのイオンが固体電解質層24bに移動し、固体電解質層24aのイオンが線状アンテナ22aに移動する。これにより、線状アンテナ22bが絶縁体になるのに対して、線状アンテナ22aが導電体となる。すなわち、イオンがドーピングされた線状アンテナ22aのみがアンテナとして機能することになる。また、一主面S1に設けられた線状アンテナ22aに対して、図示を省略した高周波回路ブロックから高周波が供給される。
この発明の第1の実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
アンテナ装置2は、セパレータ23と、このセパレータ23の両側に形成された固体電解質層24a,24bと、固体電解質層24a,24b上にそれぞれ形成された、導電性高分子からなる線状アンテナ22a,22bとを備える。線状アンテナ22a,22bの間に直流電圧VDCを印加すると、線状アンテナ22a,22bのうち一方にイオンをドーピングし、他方からイオンを脱ドーピングすることができる。
すなわち、線状アンテナ22a,22b間の電位差を利用して、線状アンテナ22a,22bのうち一方を導電体にし、他方を絶縁体にすることができる。これにより、2本の線状アンテナ22a,22bが近接して設置されているアンテナ装置2において、すなわち、電波シールド特性がなく極めて薄いアンテナ基板21の両側に線状アンテナ22a,22bが設けられたアンテナ装置2において、線状アンテナ22a,22bの干渉による特性の劣化を抑制することができる。よって、線状アンテナ22a,22bを設ける部分の面積を大幅に縮小することができ、且つ、設計の自由度を大幅に高めることができる。すなわち、偏波切換可能、且つ小型のアンテナ装置を提供することができる。
また、固体電解質層24a,24b上に導電性プラスチックからなる線状アンテナ22a,22bを形成し、この線状アンテナ22a,22bを直流電流で能動的に切り替えるため、複数の線状アンテナを金属で形成した場合と異なり、複数の線状アンテナ22a,22bを近接して形成した場合にも、線状アンテナ22a,22b間の干渉による特性劣化を回避することができる。
また、周波数帯域の異なる複数の線状アンテナ22a,22b、例えばミリ波帯、IEEE802.11a/b/g、DTV(Digital Television)チューナなどに対応した複数の線状アンテナ22a,22bを近接して設けることができる。したがって、多周波数帯対応で小型のアンテナ装置2、無線装置1および電子機器を提供することができる。
また、線状アンテナ22a,22bは、ポリマーで形成されているので、硬い金属からなる線状アンテナとは異なり、柔軟性を有する。したがって、線状アンテナ22a,22bをウェアラブル装置に装着することができ、設計の自由度を向上させることができる。
また、スイッチ素子42,43,44の切換により、線状アンテナ22aおよび22bのうちどちらを機能させるかを選択することができる。また、所望の周波数特性に応じて、アンテナ基板21上に設けられた複数の線状アンテナ22a,22bを自由にコントロールすることが可能である。
また、偏波ダイバーシチや、MIMO(Multi Input Multi Output)伝送において、空間での伝搬チャネルの選択ができ、通信のパフォーマンスを向上させることができる。また、同一基板21に偏波を変えたアンテナ22a,22bを近接して形成することができ、占有領域を小さくすることができる。
次に、この発明の第2の実施形態について説明する。上述の第1の実施形態では、アンテナ装置2の両主面に線状アンテナ22a,22bが設けられている例について示したが、この発明の第2の実施形態では、アンテナ装置2の一主面に線状アンテナとスロットアンテナとが設けられている場合について説明する。
図8Aは、この発明の第2の実施形態によるアンテナ装置の一主面の一例を示す平面図である。図8Bは、この発明の第2の実施形態によるアンテナ装置の他主面の一例を示す平面図である。アンテナ装置2の一主面S1にはスロットアンテナ26と線状アンテナ27とが設けられ、アンテナ装置2の他主面S2には、給電線(マイクロストリップライン)28が設けられている。
スロットアンテナ26は、アンテナ基板21と同様に略正方形状を有している。このスロットアンテナ26は、中心部分にたんざく状の形状を有するスロット26aを有する。このスロット26aのスロット幅は、例えば略λ/2である。また、スロット26aの長手方向の一端には、外周に向けてスロットアンテナ26を直線状に切り欠いた形状を有する切り欠き部26bが形成されている。この切り欠き部26bの幅は、0.1mm以下に選ぶことが好ましい。
スロット26a内には、このスロット26aに応じた形状を有する線状アンテナ27が、スロットアンテナ26と接触しないようにして設けられている。この線状アンテナ27は、例えばツェップアンテナであり、このアンテナ長は、例えば略λ/2に選ばれる。
また、線状アンテナ27の一端には、スロットアンテナ26と接触しないようにして切り欠き部26bを通って外周部まで延びる細線部27aが連結されている。すなわち、線状アンテナ27の一端には、線状アンテナ27の長手方向に細線状に延びる細線部27aが連結され、この細線部27aが、スロットアンテナ26と接触しないようにして切り欠き部26b内に設けられている。この細線部27aの幅は、0.1mm以下に選ぶことが好ましい。スロットアンテナ26上には電極26cが形成され、線状アンテナ27上には電極27bが形成され、この電極26c,27bが、後述するアンテナ装置制御回路に接続される。電極26c,27bは、例えば銅などの金属からなる。
給電線28は、線状アンテナ27と直交し、且つ、アンテナ基板21を挟んで重なるようにして他主面S2上に設けられている。この給電線28の一端には、電極28aが形成されている。この電極28aは、例えば銅などの金属からなる。
スロットアンテナ26、線状アンテナ27および給電線28は、導電性プラスチックからなり、この導電性プラスチックとしては、上述の第1の実施形態と同様のものを用いることができる。
図9は、この発明の第2の実施形態によるアンテナ装置2を制御するアンテナ装置制御回路の一構成例を示す回路図である。図9に示すように、このアンテナ装置制御回路は、主として、スイッチ素子42,43,44,45およびバイアス回路46を備える。
スロットアンテナ26が、電極26cを介してスイッチ素子45の端子45aに接続される。スイッチ素子45の端子45cが接地され、端子45bが図示を省略した電圧源に接続される。線状アンテナ27cの細線部27bが、電極27cを介してスイッチ素子44の端子44aに接続される。スイッチ素子44の端子44cが接地され、端子44bがスイッチ素子43cに接続される。給電線28が、電極28aを介してスイッチ素子42の端子42aに接続される。スイッチ素子42の端子42cが接地され、端子42bがスイッチ素子43の端子43bに接続される。スイッチ素子43の端子43aがバイアス回路46を介して図示を省略した電圧源に接続される。また、スイッチ素子43の端子43aには、高周波回路ブロック41が接続され、高周波信号が供給される。
次に、この発明の第2の実施形態による無線装置1の動作について説明する。
図10は、この発明の第2の実施形態によるアンテナ装置2の電界の方向(偏波方向)を示す模式図である。以下、図9および10を参照しながら無線装置1の動作について説明する。
まず、端子42a,43a,44a,45aをそれぞれ、端子42b,43b,44c,45bに接続する。これにより、スロットアンテナ26および給電線28が高電位、線状アンテナ22bが低電位となるように、アンテナ装置2に直流電圧VDCが印加される。
この電圧印加により、線状アンテナ27のイオンが固体電解質層24aに移動し、固体電解質層24a,24bのイオンがそれぞれスロットアンテナ26、給電線28に移動する。これにより、線状アンテナ27が絶縁体になるのに対して、スロットアンテナ26および給電線28が導電体になる。すなわち、イオンがドーピングされたスロットアンテナ26のみがアンテナとして機能することになる。また、この導電体となった給電線28には、高周波信号が供給される。この際、電界の方向(偏波方向)は、図8Bに示すようになる。
次に、端子42a,43a,44a,45aをそれぞれ、端子42c,43c,44b,45cに接続する。これにより、スロットアンテナ26および給電線28が低電位、線状アンテナ22bが高電位となるように、アンテナ装置2に直流電圧VDCが印加される。
この電圧印加により、スロットアンテナ26および給電性28のイオンがそれぞれ固体電解質層24a,24bに移動し、固体電解質層24aのイオンが線状アンテナ27に移動する。これにより、線状アンテナ27が導電体になるのに対して、スロットアンテナ26および給電線28が絶縁体になる。すなわち、イオンがドーピングされた線状アンテナ27のみがアンテナとして機能することになる。また、この導電体となった線状アンテナ27には、高周波が供給される。この際、電界の方向(偏波方向)は、図8Aに示すようになる。
これ以外のことは、上述の第1の実施形態と略同様であるので説明を省略する。
この発明の第2の実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
固体電解質24bの一主面上に、セパレータ23、固体電解質24a、スロットアンテナ26を順次積層する。スロットアンテナ26と接触しないようにして、スロットアンテナ26のスロット26a内に線状アンテナ27を設ける。固体電解質24bの他主面上に給電線28を設ける。スロットアンテナ26と線上アンテナ27との間に直流電圧VDCを印加すると、スロットアンテナ26と線上アンテナ27のうち、一方にイオンをドーピングし、他方からイオンを脱ドーピングすることができる。すなわち、スロットアンテナ26と線上アンテナ27との間の電位差を利用して、スロットアンテナ26と線上アンテナ27のうち一方を導電体にし、他方を絶縁体にすることができる。これにより、スロットアンテナ26と線状アンテナ27との干渉による特性の劣化を招くことなく、スロットアンテナ26と線状アンテナ27を設ける部分の面積を大幅に縮小することができる。したがって、スロットアンテナ26と線状アンテナ27とをより容易に電子機器などに設けることが可能となる。これ以外の効果は、上述の第1の実施形態と同様である。
次に、この発明の第3の実施形態について説明する。上述の第1および第2の実施形態では、アンテナ装置2に2つのアンテナパターンが設けられている場合を例として示したが、この第3の実施形態では、アンテナ装置2に3以上のアンテナパターンが設けられている例について説明する。
図11は、この発明の第3の実施形態によるアンテナ装置2および、このアンテナ装置2を制御するアンテナ装置制御回路の一構成例を示す。図11に示すように、このアンテナ装置2は、主として、立方体形状を有する基材51と、この基材51の各面上に設けられた3つのアンテナパターン71a,71b,71cとから構成される。ここでは、便宜上、3つのアンテナパターン71a,71b,71cが立方体形状を有する基材51上に設けられている場合を例として示すが、アンテナパターン71が4以上の場合にもこの発明を適用可能であることは言うまでもない。例えば、6本のアンテナパターン71をそれぞれ立方体形状を有する基材21の各面に設けるようにしてもよい。
基材51の面S11上には、アンテナパターン71aが設けられている。面S11とは反対側の面S12上にはアンテナパターン71bが設けられている。具体的には、このアンテナ71bは、アンテナパターン71aの電界の方向(偏波方向)と直交するように設けられている。
面S11および面S12と接する面S13上には、アンテナパターン71cが設けられている。具体的には、このアンテナパターン71cは、アンテナパターン71a、71bの両方の電界の方向(偏波方向)と直交するように設けられている。すなわち、アンテナパターン71a,71b,71cそれぞれの電界の方向(偏波方向)は直交する関係にある。
基材51は固体電解質からなり、この固体電解質としては上述の第1の実施形態と同様のものを用いることができる。アンテナパターン71a,71b、71cとしては、例えば、線状アンテナ、スロットアンテナが挙げられる。線状アンテナとしては、例えばツェップアンテナが挙げられる。アンテナパターン71a,71b,71cの組み合わせとしては、線状アンテナとスロットアンテナとの組み合わせを挙げることができる。例えば、アンテナパターン71a,71b、71cのうちの2本が線状アンテナであり、残り1本がスロットアンテナである。
また、図11に示すように、アンテナ装置制御回路は、スイッチ素子61,62,63,64およびバイアス回路46を備える。面S11に設けられたアンテナパターン71aが、スイッチ素子64の端子64aに接続される。スイッチ素子64の端子64cが接地され、端子64bがスイッチ素子61の端子61dに接続される。面S12に設けられたアンテナパターン71bが、スイッチ素子62の端子62aに接続される。スイッチ素子62の端子62cが接地され、端子62bがスイッチ素子61の端子61bに接続される。面S13に設けられたアンテナパターン71cが、スイッチ素子63の端子63aに接続される。スイッチ素子63の端子63cが接地され、端子63bがスイッチ素子61の端子61bに接続される。スイッチ素子61の端子61aがバイアス回路46を介して、図示を省略した電圧源に接続される。また、端子61aには高周波信号ブロック41が接続され、高周波信号が供給される。
スイッチ素子61,62,63,64は、アンテナパターン71a,71b,71cのうちどれをアンテナとして機能させ、電波の送受信を行うかを選択するためのものである。具体的には例えば、このスイッチ素子61,62,63,64の操作により、アンテナパターン71a,71b,71cのうちのどれを高電位側として、アンテナパターン71a,71b,71c間に直流電圧VDCを印加するかが選択される。また、アンテナパターン71a,71bおよび71cのうちのどれに高周波信号を供給するかが選択される。これらのスイッチ素子61,62,63,64は、例えば電子機器11から供給される制御信号に基づき制御される。なお、スイッチ素子61,62,63,64を含めた装置全体を小型化することを考慮すると、スイッチ素子42,43,44としては、半導体スイッチ(スイッチIC(Integrated Circuit))、RF−MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スイッチを使用することが好ましい。
次に、この発明の第3の実施形態による無線装置1の動作について説明する。図12は、この発明の第3の実施形態による無線装置1の動作の一例を説明するための断面図である。ここでは、アンテナパターン71a,71b,71cのうち、アンテナパターン71aのみをアンテナとして機能される場合を例として説明する。以下、図11および12を参照しながら無線装置1の動作の一例について説明する。なお、ここでは、71a,71b,71cにドーピングするイオンが陰イオンである場合を一例として示す。
まず、図11に示す端子61a,62a,63a,64aをそれぞれ、端子61d,62c,63c,64bに接続する。これにより、アンテナパターン71aが高電位、アンテナパターン71b,71cが低電位となるように、アンテナ装置2に直流電圧VDCが印加される。
この電圧印加により、図12に示すように、アンテナパターン71b,71cのイオンが基材51に移動し、基材51のイオンがアンテナパターン71aに移動する。これにより、アンテナパターン71b,71cが絶縁体になるのに対して、アンテナパターン71aが導電体となる。すなわち、イオンがドーピングされたアンテナパターン71aのみがアンテナとして機能することになる。また、この導電体となったアンテナパターン71aには、高周波信号が供給される。
これ以外のことは、上述の第1の実施形態と略同様であるので説明を省略する。
この発明の第3の実施形態によれば第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
以上、この発明の第1,第2および第3の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の第1,第2および第3の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の第1,第2および第3の実施形態において挙げた数値および構成などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値および構成などを用いてもよい。
また、上述の第1,2および3の実施形態では、固体電解質が平板状および立方体状を有する場合を例として示したが、固体電解質の形状はこの形状に限定されるものではない。固体電解質の形状は、例えば、球形状、楕円体状または直方体状などの多面体形状でもよい。
また、上述の第3の実施形態では、複数のアンテナパターンのうち1つにイオンをドーピングして、1つのアンテナパターンのみをアンテナとして機能させる例について示したが、複数のアンテナパターンのうち2以上のアンテナパターンにイオンをドーピングして、2以上のアンテナパターンをアンテナとして機能させるようにしてもよい。この場合、例えば、複数のアンテナパターンがペアを構成し、それぞれのペアの間ではアンテナ間の干渉がないように距離を離してアンテナパターンを設けるようにする。
また、上述の第1、第2および第3の実施形態では、パーソナルコンピュータなどの電子機器11に着脱自在に構成された無線装置1に対してこの発明を適用した例について示したが、予め無線通信機能を有する電子機器に対してもこの発明は適用可能であることは言うまでもない。例えば、この発明を無線機能を有する携帯型情報機器に対して適用することができる。この場合、アンテナ装置2は場所を選ばず設けることができるため、携帯情報機器などの電子機器をより小型化することができる。
また、上述の第1、第2および第3の実施形態におけるアンテナ装置2を、携帯情報機器などの電子機器の表面に貼り合わせるようにしてもよい。この場合、従来、アンテナ装置の設置に要していたスペースを省くことができ、電子機器をより小型化することができる。
また、上述の第1、第2および第3の実施形態では、無線装置1に対してこの発明を適用した例について示したが、ウェアラブル装置に対してこの発明を適用してもよい。
また、上述の第1、第2および第3の実施形態において、アンテナ装置2上にアンテナパターンを覆う保護層をさらに形成するようにしてもよい。この保護層を構成する材料としては、アンテナパターンの電波特性の劣化を招くことがない材料が選ばれる。この構成にすることにより、アンテナ装置2の耐久性を向上させることができる。
また、上述した第1、第2および第3の実施形態では、周波数帯域の異なる複数のアンテナパターンを近接して設ける場合を例として示したが、同じ周波数帯域で、中心周波数をズラした複数のアンテナパターンを近接して設けて、アンテナ装置を広帯域化させてもよい。
この発明の第1の実施形態による無線装置を装着する電子機器の一例を示す。 筐体内に備えられた無線装置の一例を示す斜視図である。 この発明の第1の実施形態によるアンテナ装置の平面図である。 この発明の第1の実施形態によるアンテナ装置の一構成例を示す断面図である。 この発明の第1の実施形態によるアンテナ装置を制御するアンテナ装置制御回路の一構成例を示す回路図である。 この発明の第1の実施形態による無線装置の動作の一例を説明するための断面図である。 この発明の第1の実施形態による無線装置の動作の一例を説明するための断面図である。 この発明の第2の実施形態によるアンテナ装置の一主面を示す平面図である。 この発明の第2の実施形態によるアンテナ装置を制御するアンテナ装置制御回路の一構成例を示す回路図である。 この発明の第2の実施形態によるアンテナ装置の電界の方向(偏波方向)を示す模式図である。 この発明の第3の実施形態によるアンテナ装置および、このアンテナ装置を制御するアンテナ装置制御回路の一構成例を示す。 この発明の第3の実施形態による無線装置の動作の一例を説明するための断面図である。 ダイポールアンテナを用いるダイバーシチ無線装置の平面図である。 線状アンテナを用いたダイバーシチ無線装置の平面図である。 モノポールアンテナを用いたダイバーシチ無線装置の平面図である。
符号の説明
1・・・無線装置、2・・・アンテナ装置、3・・・無線装置本体、11・・・電子機器、12・・・スロット、21・・・アンテナ基板、22a,22b・・・線状アンテナ、23・・・セパレータ、24・・・固体電解質層、25,・・・電極、26・・・スロットアンテナ、27・・・線状アンテナ、28・・・給電線、31・・・本体基板、32・・・接続端子、33・・・回路部、41・・・高周波、42,43,44,45,61,62,63,64・・・スイッチ素子、46・・・バイアス回路、51・・・基材

Claims (27)

  1. 基材と、
    互いに直交する偏波を送信および/または受信するように上記基材上に設けられた複数のアンテナパターンとを備え、
    上記基材が固体電解質からなり、
    上記アンテナパターンが導電性プラスチックからなることを特徴とするアンテナ装置。
  2. 上記基材は平板状の形状を有する基板であり、
    上記複数のアンテナが、上記基板の両主面に設けられていることを特徴とすることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
  3. 上記複数のアンテナが、上記基板を挟んで重なるように設けられていることを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。
  4. 上記アンテナパターンが、線状アンテナであることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
  5. 上記線状アンテナが、ツェップアンテナであることを特徴とする請求項4記載のアンテナ装置。
  6. 上記複数のアンテナパターンが、線状アンテナおよびスロットアンテナであることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
  7. 上記線状アンテナが、ツェップアンテナであることを特徴とする請求項6記載のアンテナ装置。
  8. 上記線状アンテナが、上記スロットアンテナのスロット内に設けられていることを特徴とする請求項6記載のアンテナ装置。
  9. 上記複数のアンテナパターンが、2つの線状アンテナと1つのスロットアンテナとであることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
  10. 機器本体に接続することにより、機器本体に無線機能を付加する無線装置において、
    基材と、
    互いに直交する偏波を送信および/または受信するように上記基材上に設けられた複数のアンテナパターンと、
    上記複数のアンテナパターンの間に直流電圧を印加する際に、直流電圧の一方の電位となるアンテナパターンと、他方の電位となるアンテナパターンとを選択するスイッチと
    を備え、
    上記アンテナパターンが導電性プラスチックからなり、
    上記基材が固体電解質からなることを特徴とすることを特徴とする無線装置。
  11. 上記基材は平板状の形状を有する基板であり、
    上記複数のアンテナが、上記基板の両主面に設けられていることを特徴とすることを特徴とする請求項10記載の無線装置。
  12. 上記複数のアンテナが、上記基板を挟んで重なるように設けられていることを特徴とする請求項11記載の無線装置。
  13. 上記アンテナパターンが、線状アンテナであることを特徴とする請求項10記載の無線装置。
  14. 上記線状アンテナが、ツェップアンテナであることを特徴とする請求項13記載の無線装置。
  15. 上記複数のアンテナパターンが、線状アンテナおよびスロットアンテナであることを特徴とする請求項10記載の無線装置。
  16. 上記線状アンテナが、ツェップアンテナであることを特徴とする請求項15記載の無線装置。
  17. 上記線状アンテナが、上記スロットアンテナのスロット内に設けられていることを特徴とする請求項15記載の無線装置。
  18. 上記複数のアンテナパターンが、2つの線状アンテナと1つのスロットアンテナとであることを特徴とする請求項10記載の無線装置。
  19. 情報を送受信するための無線通信機能を有する電子機器において、
    基材と、
    互いに直交する偏波を送信および/または受信するように上記基材上に設けられた複数のアンテナパターンと
    上記複数のアンテナパターンの間に直流電圧を印加するための電圧源と、
    上記複数のアンテナパターンの間に直流電圧を印加する際に、直流電圧の一方の電位となるアンテナパターンと、他方の電位となるアンテナパターンとを選択するスイッチと
    を備え、
    上記アンテナパターンが導電性プラスチックからなり、
    上記基材が固体電解質からなることを特徴とすることを特徴とする電子機器。
  20. 上記基材は平板状の形状を有する基板であり、
    上記複数のアンテナが、上記基板の両主面に設けられていることを特徴とすることを特徴とする請求項19記載の電子機器。
  21. 上記複数のアンテナが、上記基板を挟んで重なるように設けられていることを特徴とする請求項20記載の電子機器。
  22. 上記アンテナパターンが、線状アンテナであることを特徴とする請求項19記載の電子機器。
  23. 上記線状アンテナが、ツェップアンテナであることを特徴とする請求項22記載の電子機器。
  24. 上記複数のアンテナパターンが、線状アンテナおよびスロットアンテナであることを特徴とする請求項19記載の電子機器。
  25. 上記線状アンテナが、ツェップアンテナであることを特徴とする請求項24記載の電子機器。
  26. 上記線状アンテナが、上記スロットアンテナのスロット内に設けられていることを特徴とする請求項24記載の電子機器。
  27. 上記複数のアンテナパターンが、2つの線状アンテナと1つのスロットアンテナとであることを特徴とする請求項19記載の電子機器。
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